JP5175843B2 - インダクタンス素子とその製造方法、およびそれを用いたスイッチング電源 - Google Patents

Description

本発明はインダクタンス素子とその製造方法、およびそれを用いたスイッチング電源に関する。

電子機器に搭載されるスイッチング電源は、ＦＣＣＩに代表されるようにクラス別にノイズが規制されている。電源におけるノイズの発生原因は様々であるが、主に大きな電力をオンオフする半導体素子の周辺で発生する。特に、高周波成分は放射ノイズとして空中を伝わり、各種電子機器の誤動作を招く。このため、各周波数帯に規制値が設けられている。スイッチング電源では半導体素子、主にＭＯＳ−ＦＥＴやダイオードに対してノイズ対策が施されている。ＭＯＳ−ＦＥＴやダイオードに対するノイズ対策の代表例としては、ＣＲスナバやフェライトビーズを用いたノイズ対策が挙げられる。

ノイズ対策は効果とコスト、さらに搭載スペースの兼ね合いにより使い分けられる。特に性能面を考慮した場合には、特許文献１に記載されているように、Ｃｏ系アモルファスを利用したものがノイズ対策の主流になっている。Ｃｏ系アモルファスは磁気特性に優れることから、ノイズ低減効果がフェライトビーズより優れている。しかし、Ｃｏ系アモルファス磁性薄帯を用いたトロイダルコアは、一般的にコア全体が樹脂で覆われているため、樹脂が磁性薄帯の層間に侵入し、乾燥後の樹脂の収縮によりトロイダルコアに応力がかかって磁気特性を低下するという問題を有している。

一方、特許文献２や特許文献３には有底型容器にコアを挿入し、蓋を固定してコアを容器内に収納したノイズ抑制素子が記載されている。蓋付き容器を使用した場合には樹脂の収縮に伴う問題が回避され、磁気特性の低下を抑制することができる。しかしながら、蓋付き容器は当然ながら蓋部と容器本体とを別々に作製し、これらを組合せて固定する必要がある。蓋部と容器本体をそれぞれ樹脂材料で作製するためには、まず個別に金型を用意し、これら金型を用いてそれぞれ樹脂成形を実施する必要がある。

上述したように、蓋付き容器は蓋部と容器本体の金型を個別に用意しなければならず、製造コストに対する負担が大きいという問題を有している。さらに、特許文献２に記載されているノイズ抑制素子においては、本体容器に蓋部を挿入する工程が必要となる。特許文献３に記載されているノイズ抑制素子においては、容器本体と蓋部とを溶着により固定する工程が必要となる。蓋付き容器を用いたノイズ抑制素子は蓋部を取付ける工程が必要であるため、量産性に劣るという問題を有している。
特許登録第２６０２８４３号明細書 特開平１１−３４５７１４号公報 特開２００１−３１９８１４公報

本発明の目的は、磁気特性の低下を抑制した上で、蓋部を省いて量産性を向上させることを可能としたインダクタンス素子とその製造方法、さらにそのようなインダクタンス素子を用いたスイッチング電源を提供することにある。

本発明の態様に係るインダクタンス素子は、筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に同心的に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた中空部とを有する有底型容器と、磁性薄帯の巻回体または積層体を備え、前記有底型容器の前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間に収納されたドーナツ型磁心と、前記有底型容器内に収納された前記ドーナツ型磁心の中空部内に位置するように、前記有底型容器の前記中空部内に挿通された導電性リード部と、前記有底型容器の前記開放部を覆うように設けられ、前記ドーナツ型磁心、前記有底型容器および前記導電性リード部を一体的に固定する接着剤部とを具備し、前記接着剤部は、前記ドーナツ型磁心と前記有底型容器との隙間、および前記有底型容器と前記導電性リード部との隙間に、前記有底型容器の前記開放部側から前記ドーナツ型磁心の厚さに対して平均で５％以上５０％以下の範囲で入り込んでいることを特徴としている。

本発明の態様に係るインダクタンス素子の製造方法は、磁性薄帯の巻回体または積層体を備えるドーナツ型磁心を用意する工程と、筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に同心的に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた中空部とを有する有底型容器を用意する工程と、前記ドーナツ型磁心を、前記有底型容器の前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間に収納する工程と、前記有底型容器内に収納された前記ドーナツ型磁心の中空部内に位置するように、前記有底型容器の前記中空部内に折り曲げ加工を施した導電性リード部を挿入する工程と、前記ドーナツ型磁心が収納され、かつ前記導電性リード部が挿入された前記有底型容器の前記開放部に接着剤を塗布する工程と、前記接着剤を乾燥させて固化することにより、前記ドーナツ型磁心、前記有底型容器および前記導電性リード部を一体的に固定する接着剤部を形成する工程とを具備し、前記接着剤部を、前記ドーナツ型磁心と前記有底型容器との隙間、および前記有底型容器と前記導電性リード部との隙間に、前記ドーナツ型磁心の厚さに対して平均で５％以上５０％以下の範囲で入り込ませることを特徴としている。

本発明の態様に係るスイッチング電源は、本発明の態様に係るインダクタンス素子をノイズ抑制素子として具備することを特徴としている。

図１は本発明の実施形態によるインダクタンス素子を示す断面図である。 図２は図１に示すインダクタンス素子の一部を拡大して示す断面図である。 図３は本発明の実施形態によるインダクタンス素子の実装構造を示す図である。 図４は図３に示すインダクタンス素子の変形例を示す図である。 図５は図３に示すインダクタンス素子の他の変形例を示す図である。 図６は本発明の実施形態のインダクタンス素子に用いられる磁心の断面構造の一例を示す図である。 図７は本発明の第１の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す図である。 図８は本発明の第２の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す図である。

符号の説明

１…インダクタンス素子、２…ドーナツ型磁心、３…有底型容器、４…接着剤部、５…導電性リード部、６…配線基板、７…キンク部、２１…磁性薄帯、３１，５１…スイッチング電源、３４…トランス、３６…ＦＥＴ、３９…可飽和インダクタ。

発明を実施するための形態

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１および図２は本発明の実施形態によるインダクタンス素子を示す図である。図１および図２に示すインダクタンス素子１は、ドーナツ型磁心２と有底型容器３と接着剤部４と導電性リード部５とを具備している。ドーナツ型磁心２は磁性薄帯の巻回体または積層体を備えている。ドーナツ型磁心２とは磁性薄帯を巻回または積層してドーナツ型、いわゆるトロイダル型に成形した磁心であり、その中心には中空部が形成されている。

ドーナツ型磁心２を構成する磁性薄帯には、Ｃｏ基アモルファス磁性合金、Ｆｅ基アモルファス磁性合金、微結晶を有するＦｅ基磁性合金、パーマロイ等の磁性材料が適用される。アモルファス合金は下記の式（１）に示す組成を有することが好ましい。
一般式：（Ｔ_１−ａＭ_ａ）_{１００−ｂ}Ｘ_ｂ …（１）
（式中、ＴはＦｅおよびＣｏから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＸはＢ、Ｓｉ、ＣおよびＰから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａおよびｂは０≦ａ≦０．５、１０≦ｂ≦３５ａｔ％を満足する数である）

元素Ｔは磁束密度や鉄損等の要求される磁気特性に応じて組成比率が調整される。元素Ｍは熱安定性、耐食性、結晶化温度の制御等のために添加される元素である。元素ＭはＣｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、ＮｂおよびＭｏから選ばれる少なくとも１種であることがより好ましい。元素Ｍの含有量はａの値として０．５以下とする。元素Ｍの含有量が多すぎると相対的に元素Ｔの量が減少するため、アモルファス磁性合金薄帯の磁気特性が低下する。元素Ｍの含有量を示すａの値は、実用的には０．０１以上とすることが好ましい。

元素Ｘは非晶質合金を得るのに必須の元素である。特に、Ｂは磁性合金のアモルファス化に有効な元素である。Ｓｉはアモルファス相の形成を助成したり、また結晶化温度の上昇に有効な元素である。元素Ｘの添加量が多すぎると透磁率の低下や脆さが生じる。元素Ｘの添加量が少なすぎると磁性合金のアモルファス化が困難になる。このようなことから、元素Ｘの含有量は１０〜３５ａｔ％の範囲とすることが好ましい。

さらに、ドーナツ型磁心２を構成する磁性薄帯としては、可飽和特性に優れるＣｏ基アモルファス合金薄帯を用いることが好ましい。Ｃｏ基アモルファス合金薄帯を用いることによって、ドーナツ型磁心２の磁気特性を向上させることができる。Ｃｏ基アモルファス合金薄帯は、下記の式（２）に示す組成を有することが好ましい。
一般式：Ｃｏ_ａＦｅ_ｂＭ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅ …（２）
（式中、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００ａｔ％、３≦ｂ≦７ａｔ％、０．５≦ｃ≦３ａｔ％、９≦ｄ≦１８ａｔ％、７≦ｅ≦１６ａｔ％である）

式（２）において、元素ＭはＮｂ、Ｃｒ、Ｗ、ＭｏおよびＴａから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。このような元素Ｍを必須成分として含むことによって、Ｃｏ基アモルファス合金薄帯の耐熱性が向上する。Ｃｏ基アモルファス合金薄帯の耐熱性を向上させることによって、後述する乾燥工程によるドーナツ型磁心２の磁気特性の低下を抑制することができる。元素ＭはＮｂであることが望ましい。Ｎｂは特にＣｏ基アモルファス合金薄帯の耐熱性の向上に寄与する。

磁性合金薄帯として用いるアモルファス合金薄帯は液体急冷法を適用して作製することが好ましい。具体的には、所定の組成比に調整した合金素材を、溶融状態から１０^５℃／秒以上の冷却速度で急冷することによって、アモルファス合金薄帯が得られる。液体急冷法により作製されたアモルファス合金の形状は薄帯となる。アモルファス合金薄帯の厚さは３０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは８〜２０μｍである。磁性薄帯の厚さを制御することによって、低損失の磁心を得ることが可能となる。

微結晶を有するＦｅ基磁性合金は式（３）に示す組成を有することが好ましい。
一般式：Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅ …（３）
（式中、Ｍは周期律表の４ａ族元素、５ａ族元素、６ａ族元素、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｏおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００ａｔ％、０．０１≦ｂ≦４ａｔ％、０．０１≦ｃ≦１０ａｔ％、１０≦ｄ≦２５ａｔ％、３≦ｅ≦１２ａｔ％、１７≦ｄ＋ｅ≦３０ａｔ％である）

式（３）に組成において、Ｃｕは耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄損や透磁率等の軟磁気特性を改善するのに有効な元素である。元素Ｍは結晶径の均一化に有効であると共に、磁歪や磁気異方性の低減、温度変化に対する磁気特性の改善に有効な元素である。微結晶を有する磁性合金は、粒径が５〜３０ｎｍの結晶粒が合金中に面積比で５０％以上、好ましくは９０％以上存在する微構造を有することが好ましい。

微結晶を有するＦｅ基磁性合金薄帯は、例えば以下のようにして作製される。まず、液体急冷法で式（３）の合金組成を有するアモルファス合金薄帯を作製した後、このアモルファス合金薄帯に結晶化温度に対して−５０〜＋１２０℃、１分〜５時間の熱処理を施して微結晶を析出させる。あるいは、液体急冷法で合金薄帯を作製する際の急冷温度を制御して微結晶を直接析出させる。合金薄帯の板厚はアモルファス合金薄帯と同様に３０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは８〜２０μｍである。

上述したような磁性薄帯を巻回して巻回体を作製する。あるいは、磁性薄帯を積層して積層体を作製する。巻回数や積層数は要求される磁気特性に応じて適宜設定される。必要に応じて、磁性薄帯の表面に絶縁層を設けてもよい。巻回体はその中心部に中空部が形成されるように磁性薄帯を巻回する。磁性薄帯を巻回することによって、その中心部に中空部を有する磁心が得られる。積層体はその中心部に中空部が形成されるように磁性薄帯を積層する。磁性薄帯を所定の長さで切断して磁性薄片を作製し、磁性薄片の中心部に穴を空ける。このような磁性薄片を積層することでドーナツ型磁心が形成される。

ドーナツ型磁心２は有底型容器３に収納される。有底型容器３は筒状外壁部とその内側に同心的に配置された筒状内壁部とを有する。筒状外壁部および筒状内壁部の一端には、それらの間を塞ぐように底部が設けられている。筒状外壁部および筒状内壁部の他端は開放部とされている。筒状内壁部の内側は中空部とされている。ドーナツ型磁心２は筒状外壁部と筒状内壁部との間に収納される。有底型容器３は絶縁性を有することが好ましい。有底型容器３は例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の絶縁樹脂で形成することが好ましい。各部の肉厚は０．０５〜１ｍｍの範囲であることが好ましい。

有底型容器３において、筒状外壁部の高さは筒状内壁部の高さより高いことが好ましい。さらに、筒状外壁部の高さは筒状内壁部の高さより０．２〜２ｍｍの範囲で高いことが好ましい。すなわち、筒状外壁部と筒状内壁部とは、図２に示すように［筒状外壁部の高さｈ１≧筒状内壁部の高さｈ２］であることが好ましい。さらに、［筒状外壁部の高さｈ１−筒状内壁部の高さｈ２＝ｄ＝０．２〜２ｍｍ］であることが好ましい。筒状外壁部を筒状内壁部より高くすることによって、後述する接着剤部４で固定する際に接着剤が外部に流れ出しにくくなる。

ドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３の中空部には、導電性リード部５が挿通される。導電性リード部５はＣｕ、Ｆｅ、それらを主成分とする合金等の導電性金属材料で形成することが好ましい。導電性リード部５の線径は有底型容器３の中空部を通れば特に限定されるものではないが、導電性リード部５の線径に対する中空部の直径の比（リード部５の線径／リード部の線径）が１〜４の範囲であることが好ましい。これによって、接着剤部４で良好に固定することができる。導電性リード部５の表面には絶縁被膜を設けてもよい。また、導電性リード部５の表面に錫メッキ等の被膜を設けることによって、半田付け性を向上させることができる。

導電性リード部５の長さは任意ではある。導電性リード部５は図３ないし図５に示すようにコの字形に折り曲げられた形状を有することが好ましい。スイッチング電源等を構成する配線基板（マザーボード）６にインダクタンス素子１を実装するにあたって、導電性リード部５は配線基板６に挿入されて半田付けされる。折り曲げ形状を有する導電性リード部５は配線基板６に対する実装性に優れている。有底型容器３は例えば導電性リード部５の配線基板６に対して垂直な部分の一方に固定される。

インダクタンス素子１を配線基板６に実装するにあたって、インダクタンス素子１は接着剤部４が配線基板６とは反対側に位置するように配置されることが好ましい。導電性リード部５は配線基板６に半田付けされて固定される。半田付け工程の熱で接着剤部４が溶解し、ドーナツ型磁心２が導電性リード部５から脱落するおそれがある。例えば、半田付け工程の熱が導電性リード部５を通して接着剤部４に伝わる場合、あるいはリフロー工程のように基板全体を加熱する場合もある。接着剤部４に熱が伝わったとしても、接着剤部４を基板６とは反対側に配置することで熱の影響を受けにくくすることができる。

有底型容器３の中空部には、予め折り曲げ加工を施した導電性リード部５を挿入することが好ましい。この後、接着剤部４が形成される。これによって、有底型容器３の固定位置を一定に保つことができる。さらに、有底型容器３の中空部に挿入した後に導電性リード部５を折り曲げ加工すると、ドーナツ型磁心２や接着剤部４に応力が加わって特性が低下するおそれがある。折り曲げ形状を有する導電性リード部５を有底型容器３の中空部に挿入することによって、応力による特性低下を抑制することができる。

ドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３の中空部に導電性リード部５を挿入した後、有底型容器３の開放部側に接着剤を塗布し、これを乾燥させて固化することで接着剤部４を形成する。接着剤部４は有底型容器３の開放部を覆うように設けられ、さらにドーナツ型磁心２と有底型容器３と導電性リード部５とを一体的に接着固定するものである。ここでは接着剤を固化した状態を接着剤部４と呼ぶ。「一体的に固定」とは連続する接着剤部４でドーナツ型磁心２と有底型容器３と導電性リード部５とを固定した状態を示す。

この実施形態のインダクタンス素子１においては、ドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３の開放部を接着剤部４で覆いつつ、接着剤部４でドーナツ型磁心２と有底型容器３と導電性リード部５とを一体的に固定している。従って、有底型容器３とは別に蓋部を用意する必要がない。このため、蓋部を形成するための金型が不要となる。さらに、蓋部を取付ける工程も不要である。これらによって、インダクタンス素子１の製造工程を簡素化でき、また製造コストを低減することが可能となる。

接着剤部４は接着剤を固化したものであるため、例えば１ｋｇｆ以上の接合強度を容易に得ることができる。このため、インダクタンス素子１を配線基板６に実装した際に、ドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３の抜け落ち等を防止することができる。ここで、１ｋｇｆ以上の接合強度とは１ｋｇの荷重を重り等で加えた際に、接着剤部４が剥がれないことを意味する。一方、樹脂を固めて形成した蓋部を容器に圧入するタイプでは、容器の抜け落ち等が生じやすい。さらに、リード部を挿入する際に蓋部が取れるおそれがある。特に、圧入のみでは圧入方向と反対側からリード部を挿入すると蓋部が取れやすい。これは圧入のみでは接合強度を向上させることができないためである。

接着剤部４を形成する接着剤は特に限定されるものではないが、シリコーン樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ポリウレタン樹脂系接着剤等が用いられる。接着剤を室温で固化することが可能であれば、インダクタンス素子１の製造効率が向上する。ただし、乾燥工程の短縮や固化後の機械的特性等を考慮して、接着剤は９０〜１５０℃の温度下で３０分〜２時間の条件で乾燥処理することが好ましい。乾燥条件は１１０〜１３０℃×５０〜７０分とすることがより好ましい。

接着剤の乾燥温度が９０℃未満であると乾燥時間を長くする必要が生じる。乾燥時間が長くなると接着剤のドーナツ型磁心２に対する浸透範囲が広くなりすぎる。具体的には、接着剤がドーナツ型磁心２の内部の３０％を超えて浸透しやすくなる。接着剤の乾燥温度が１５０℃を超えると乾燥時間は短くなるものの、ドーナツ型磁心２の磁気特性が低下するおそれがある。このような製造条件を適用することで、インダクタンス素子１の製造効率を高めることができる。従って、インダクタンス素子１の量産性が格段に向上する。

接着剤は固化後の厚さが０．３〜２ｍｍの範囲となるように塗布することが好ましい。ここでは液状の接着剤を用いることが好ましい。液状接着剤の塗布は、ディスペンサを用いて容易に実施することができる。さらに、ディスペンサの注入口を有底型容器３の開放部に合わせることで、容易に位置合わせすることができる。この際の液状接着剤の塗布量を調整することによって、液漏れを防ぐことができる。接着剤の塗布から乾燥までは、例えば有底型容器３の中空部に挿入された導電性リード部（折り曲げ部を有する導電性リード部）５の先端を台座に固定して実施する。これによって、複数の有底型容器３に対して効率よく接着剤を塗布することができ、さらに乾燥工程の効率も向上する。

接着剤を固化して形成した接着剤部４の硬度は、ショア硬度Ａで２０〜１００の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは５０〜７０の範囲である。接着剤部４の硬度（ショア硬度Ａ）が１００を超えるとドーナツ型磁心２への応力が大きくなるため、ドーナツ型磁心２の磁気特性に悪影響をおよぼすおそれがある。接着剤部４の硬度（ショア硬度Ａ）は７０以下であることがより好ましい。このような硬度が得られやすい接着剤としてアクリル変成シリコーン樹脂系接着剤が挙げられる。

接着剤部４を構成する接着剤は１種類のみであっても、また２種類以上を混合したものであってもよい。接着剤部４の硬度の下限値は特に限定されるものではないが、接着剤部４の強度を考慮するとショア硬度Ａで２０以上の硬度を有することが好ましい。さらに、接着剤部４の硬度（ショア硬度Ａ）は５０以上であることがより好ましい。硬度はＪＩＳ−Ｚ−２２４６（試験方法）、ＪＩＳ−Ｂ−７７２７（試験機）、ＪＩＳ−Ｂ−７７３１（試験片）に準じて測定するものとする。エポキシ樹脂等の硬い樹脂の硬度についてはショア硬度Ｄに準じて測定するものとする。

この実施形態のインダクタンス素子１において、接着剤部４でドーナツ型磁心２と有底型容器３と導電性リード部５とを一体的に固定する際に、接着剤部４はドーナツ型磁心２と有底型容器３との隙間、および有底型容器３と導電性リード部５との隙間に入り込む。
接着剤部４はドーナツ型磁心２の厚さに対して、有底型容器３の開放部側から平均で５〜５０％の範囲で入り込んでいる。

図２は接着剤部４が各隙間に入り込んでいる状態を示している。図２において、ａはドーナツ型磁心２の厚さ、ｂはドーナツ型磁心２の厚さ方向に入り込んだ接着剤部４の厚さである。接着剤部４は［（ｂ／ａ）×１００（％）］の値が５〜５０％となるように、ドーナツ型磁心２と有底型容器３との隙間、および有底型容器３と導電性リード部５との隙間に入り込ませる。なお、ｂの厚さは全て一定である必要はなく、一部接着剤部４が入り込んだ部分が無い箇所（ｂ＝０）が存在していてもよい。接着剤部４が隙間に入り込む割合は平均で５〜５０％の範囲であればよい。

接着剤部４が入り込んだ状態は、４箇所のドーナツ型磁心２と有底型容器３との隙間（２箇所の外壁部と磁心との隙間＋２箇所の内壁部と磁心との隙間）、２箇所の有底型容器３と導電性リード部５との隙間（２箇所の内壁部とリード部との隙間）の合計６箇所に対し、それぞれｂに相当する厚さを測定し、その平均値を求めた後、［（ｂ／ａ）×１００％］の式により接着剤部４の入り込んだ範囲（平均値）を求めるものとする。ｂの厚さは図２に示すようにリード部５を含む断面で測定するものとする。

接着剤部４が隙間に入り込んだ状態で存在すると有底型容器３と導電性リード部５との接着面積が大きくなり、有底型容器３と導電性リード部５、さらにはドーナツ型磁心２と有底型容器３との接合強度が高くなる。接着剤部４の入り込む割合が５％未満であると導電性リード部５との接合強度が不十分となり、インダクタンス素子１の配線基板６への実装時に不具合が生じる。接着剤部４の入り込む割合が５０％を超えるとドーナツ型磁心２に付加される応力が大きくなって磁気特性が低下する。接合強度と磁気特性の低下防止の観点から、接着剤部４の入り込む割合は１０〜４０％の範囲であることがより好ましい。

さらに、接着剤部４はドーナツ型磁心２の断面積の５〜３０％の範囲まで浸透していることが好ましい。有底型容器３に収納されたドーナツ型磁心２をドーナツの中心を通って中空部に平行に切断した際の磁心２の断面積を１００％としたとき、接着剤部４は面積比で５〜３０％の割合でドーナツ型磁心２の内部に浸透していることが好ましい。これによって、ドーナツ型磁心２の磁気特性の低下を抑制した上で、ドーナツ型磁心２と有底型容器３と導電性リード部５との接合強度をより一層向上させることが可能となる。

磁心２の断面積（１００％）は、図６に示すように磁性薄帯２１の最外層２１Ａと最内層２１Ｂに囲まれた範囲（斜線領域）を示すものとする。磁性薄帯を巻回（または積層）した際に、磁性薄帯同士の間に隙間ができたとしても、それは磁心の断面積（１００％）に含まれる。同様に、磁性薄帯同士の間に絶縁層（絶縁被膜や絶縁フィルム）が存在していた場合、それも磁心の断面積（１００％）に含まれる。

接着剤部４の一部がドーナツ型磁心２の内部に浸透した構造とすることによって、アンカー効果でドーナツ型磁心２と有底型容器３およびリード部５との接合を強固なものとすることができる。浸透の割合が５％未満ではアンカー効果が十分ではないため、有底型容器３内でのドーナツ型磁心２の固定が不十分となる。従って、運搬中にドーナツ型磁心２が外れて有底型容器３内でカタカタ鳴る状態になってしまうおそれがある。また、半田付け時の熱により接着剤部４が溶融し、ドーナツ型磁心２が脱落するおそれがある。

接着剤部４のドーナツ型磁心２に対する浸透の割合が３０％を超えると、ドーナツ型磁心２にかかる応力が大きくなりすぎて、ドーナツ型磁心２の磁気特性に悪影響を与えるおそれがある。接着剤部４のドーナツ型磁心２に対する浸透の割合は１０〜２０％の範囲であることがより好ましい。接着剤部４の浸透の割合は、用いる接着剤の特性と塗布量、乾燥工程の調整により適宜調整することができる。

この実施形態のインダクタンス素子１は、ドーナツ型磁心２と有底型容器３と導電性リード部５とが接着剤部４で一体的に固定されているため、製造工程を簡素化でき、大幅にコストダウンを図ることができる。さらに、ドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３の導電性リード部５に対する固定性が良好であるため、インダクタンス素子１の取扱い性に優れる。接着剤部４を視認できるため、インダクタンス素子１の方向性を容易に確認することができる。インダクタンス素子１の方向性が確認できると、配線基板６に実装する際の方向性や位置合せをスムーズに行うことができる。

インダクタンス素子１はドーナツ型磁心２を複数個有していてもよい。ドーナツ型磁心２を複数個用いる場合、図４に示すようにドーナツ型磁心２を個々に収納した有底型容器３を複数個連ねてもよいし、あるいは複数のドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３を用いてもよい。有底型容器３に２個以上のドーナツ型磁心２を配置する場合、有底型容器３の開放部側にあるドーナツ型磁心２のみを接着剤部４で固定してもよい。このときは接着剤部４で固定したドーナツ型磁心２のみの浸透割合を測定する。ドーナツ型磁心２を個々に収納した有底型容器３を複数個連ねる場合は、個々のドーナツ型磁心２を接着剤部４で固定することが好ましく、接着剤部４の浸透割合はそれぞれ測定する。

導電性リード部５は図５に示すようにキンク部７を有していてもよい。キンク部７はドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３と配線基板との間に対応する位置に設けられる。導電性リード部５にキンク部７を設けることで、半田付けの際の熱で接着剤部４が溶融したとしても、ドーナツ型磁心２を収納した有底型容器３がそれ以上脱落することはない。接着剤が室温で固化する場合、接着剤が自然冷却で再度固化され、ドーナツ型磁心２と有底型容器３と導電性リード部５とが一体的に固定された状態を得ることができる。

キンク部７は複数の波型を有し、その長さを５ｍｍ以上とすることが好ましい。これによって、導電性リード部５を通る熱を効果的に放熱することができる。従って、接着剤部４の溶融をより効果的に抑制することができる。キンク部７には波型、Ｓ字型、ギザギザ型、螺旋型等、様々な形状を適用することができる。キンク部７の長さは５ｍｍ以上が好ましい。キンク部７の長さの上限は特に規定されるものではないが、キンク部７を形成する手間を考慮すると１５ｍｍ以下とすることが好ましい。

キンク部７はその幅の有底型容器３の内径に対する比（キンク部の幅／有底型容器の内径）が１．１〜３の範囲の形状を有することが好ましい。キンク部７の幅を有底型容器３の内径より大きくしておくことによって、配線基板６に実装する際の位置ズレや脱落等の不具合を防止することができる。有底型容器３がキンク部７を通る場合には、導電性リード部５を有底型容器３に挿入する前にキンク部７を形成しておくことが好ましい。有底型容器３がキンク部７を通らない場合には、導電性リード部５を有底型容器３に挿入した後にキンク部７を形成する。キンク部７は予め形成しておくことが好ましい。

有底型容器３の内径に対するキンク部７の幅の比が１．１未満の場合には、キンク部７を設けたことによる効果が十分得られない。一方、その比が３を超えるとキンク部７の幅が大きすぎて、有底型容器３の内径を通す際に導電性リード部５が折れ曲がる等の製造不良が発生するおそれがある。導電性リード部５は銅線等の金属線材であることが多い。金属線材であればバネ性があるため、有底型容器３の内径よりキンク部７の方が大きくても小さな応力を加えるだけで挿通させることができる。そのため、導電性リード部５に予めキンク部７を設けた後に有底型容器３に挿通させることができる。

この実施形態のインダクタンス素子１は蓋部を用いていないので、製造工程を簡素化でき、かつ製造コストを大幅に低減することができる。さらに、接着剤部４の浸透の割合を調整することによって、接着剤の固化時の応力による磁気特性の低下（例えばＬ値の低減）を抑制することができる。従って、インダクタンス素子１は優れたノイズ低減効果を発揮するものである。このようなインダクタンス素子１はスイッチング電源等の電子機器にノイズ抑制素子として好適に用いられる。

スイッチング電源はＰＣやサーバ等の様々な分野に使用されている。スイッチング電源の配線基板には様々な素子が搭載される。個々の素子は半田付けで配線基板に固定される。この実施形態のインダクタンス素子１は半田付けの熱で接着剤部４が溶融することに対して対策が施されているため、半田付け時のドーナツ型磁心２の位置ズレや脱落といった不具合が発生しにくい。従って、インダクタンス素子１はリフロー工程にも対応できるため、スイッチング電源の量産性を向上させることが可能となる。

図７は本発明の第１の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す回路図である。図７に示す自励フライバック方式のスイッチング電源３１は、入力端子３２、３３間に直列に接続されたトランス３４の１次巻線３５とスイッチング素子としてのＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）３６とを有している。トランス３４には、さらにＦＥＴ３６のゲート回路ドライブ用の巻線３７が設けられている。すなわち、巻線３７はＦＥＴ３６を自励発振させるために巻かれたトランス３４の正帰還巻線である。

ＦＥＴ３６のゲート端子と正帰還巻線３７との間には、正帰還巻線３７の信号をＦＥＴ３６に送るドライブ回路３８が設けられている。ドライブ回路３８はインダクタ３９、抵抗４０およびコンデンサ４１を直列に接続して構成されており、スナバ回路として機能する。抵抗４０はＦＥＴ３６に適切なドライブ電流を与えるものであり、コンデンサ４１はＦＥＴ３６のドライブ特性の向上を図るものである。インダクタ３９は可飽和性を有し、ＦＥＴ６のゲート信号を遅らせる機能を有する。前述した実施形態のインダクタンス素子１は可飽和性インダクタ３９に適用され、ＦＥＴ３６のノイズ抑制素子として機能する。

トランス３４の１次巻線３５と入力端子３３との間には、トランス３４の１次巻線３５に発生するサージ電圧を吸収するスナバコンデンサ４２が直列に接続されている。スナバコンデンサ４２はＦＥＴ３６と並列に接続されている。さらに、スナバコンデンサ４２と直列にスナバ抵抗４３が接続されている。トランス３４の２次巻線４４には整流素子４５とコンデンサ４６が整流・平滑回路として接続されている。抵抗４７は負荷である。

図８は本発明の第２の実施形態によるスイッチング電源の構成を示す回路図である。図８に示す他励フライバック方式のスイッチング電源５１は、ＦＥＴ３６のドライブ回路として発信回路５２を具備している。ＦＥＴ３６と発信回路５２との間には、可飽和インダクタ３９と抵抗４０とが直列に接続されている。可飽和インダクタ３９は第１の実施形態と同様にＦＥＴ３６のノイズ抑制素子として機能するものであり、前述した実施形態のインダクタンス素子１が適用される。

次に、本発明の具体的な実施例とその評価結果について述べる。

実施例１〜６、比較例１〜２
（Ｃｏ_０．９４Ｆｅ_０．０５Ｃｒ_０．０１）_７２Ｓｉ_１５Ｂ_１３の組成を有するアモルファス磁性合金薄帯（厚さ１８μｍ）を巻回してドーナツ型磁心（トロイダルコア）を成形した。磁性薄帯の表面には予め絶縁被膜が設けられている。ドーナツ型磁心のサイズは外径３ｍｍ×内径２ｍｍ×高さ３ｍｍとした。

次に、ＰＢＴ製有底型容器（外径３．４ｍｍ×内径１．６ｍｍ×高さ４．５ｍｍ、容器の肉厚０．１ｍｍ）にドーナツ型磁心を収納した。有底型容器は［（外壁部の高さ４．５ｍｍ−内壁部の高さ３．２ｍｍ）＝１．３ｍｍ］とした。その後、折り曲げ加工を施した線径０．８ｍｍの導電性リード線を挿入し、アクリル変成シリコーン樹脂系接着剤を用いて磁心と容器とリード部とを一体的に固定した。接着剤を乾燥、固化する条件を変えて、接着剤部の入り込む割合を調整した。

このようにして、実施例１〜４および比較例１〜２のインダクタンス素子を作製した。導電性リード部には錫メッキ銅線を用いた。さらに、接着剤をエポキシ樹脂系に代えて実施例５のインダクタンス素子を作製した。接着剤をフェノール樹脂系に代えて実施例６のインダクタンス素子を作製した。

各実施例および比較例のインダクタンス素子のＬ値を測定した。Ｌ値は測定開始１時間後と１０００時間連続稼動後の値を示す。Ｌ値の測定はＬＣＲメーターにより周波数５０ｋＨｚ、１Ｖの条件で行った。表１に結果を示す。なお、接着剤部の浸透の割合（％）は中心部を通るように厚さ方向に垂直に切断し、その断面を観察することにより求めた。接着剤部の硬さ（ショア硬度Ａ）はＪＩＳ−Ｚ−２２４６に準じて測定した。

表１から明らかなように、実施例のインダクタンス素子はＬ値の値が大きく、１０００時間後の劣化も小さい。樹脂の硬度が高い実施例５、６は、接着剤部の入り込む割合が同じ実施例２と比較して若干Ｌ値が低下した。比較例２のように接着剤部の入り込む割合が８０％と大きいものはＬ値が低下した。この結果から、接着剤で一体的に固定する場合は接着条件により磁気特性に差が生じることが分かる。

実施例７〜１０
実施例２のインダクタンス素子を用いて、接着剤部が磁心の内部に浸透する割合を変えたものを用意し、同様の測定を行った。その結果を表２に示す。

表２から分かる通り、磁心の隙間に接着剤部が浸透する割合は３０％を超えると磁気特性の低下を招くおそれがあることが分かる。

実施例１１〜１５、比較例３
実施例２のインダクタンス素子を用いて、表３に示すようにキンク部を設けたものを用意した。比較のために、比較例１のインダクタンス素子も用意した。各インダクタンス素子を配線基板に半田付けした際の磁心の位置ズレの割合を測定した。磁心の位置ズレの割合は、半田付け工程後に磁心または容器が位置ズレしたもの、および配線基板を逆さにしたときに磁心または容器が位置ズレしたものの数を両方カウントした。なお、キンク部の長さは５ｍｍ、配線基板からインダクタンス素子までのリード部の長さは１５ｍｍで統一した。位置ズレの測定結果を表３に示す。

表３から分かる通り、実施例のインダクタンス素子は半田付け後の磁心の位置ズレの発生割合が小さい。これは接着剤部が所定量入り込んでいるために接着効果が大きいためと考える。キンク部を設けた方が位置ズレを防げることが確認された。これはキンク部が波型形状のために放熱性が改善され、半田付け時の熱が接着剤部に影響しにくくなったものと考えられる。さらに、キンク部の長さは５ｍｍ以上であれば脱落防止効果が十分に得られることが分かった。一方、比較例３は接着剤部の浸透割合が小さいことから、アンカー効果が十分でなく脱落が多かった。

実施例１６〜１９
表４に示す形状を有する磁心を用いて、実施例１と同様にインダクタンス素子を作製してＬ値を測定した。接着剤はアクリル変成シリコーン樹脂系接着剤で統一した。Ｌ値の測定結果を表４に示す。実施例のインダクタンス素子は磁心サイズが変更されても良好なＬ値を有することが分かる。

実施例２０〜２５
実施例２のインダクタンス素子を用いて、有底型容器の外壁部の高さと内壁部の高さを表５に示すように変えた場合に、接着剤部が容器表面に溢れて外観不良となったものの割合を測定した。その結果を表５に示す。

表５から分かる通り、有底型容器の外壁部の高さと内壁部の高さを比べたとき、外壁部の高さが内壁部の高さと同等もしくはそれ以上であると、接着剤が容器表面に溢れないので外観不良を起こしにくい。特に、（外壁部の高さ−内壁部の高さ）が０．２ｍｍ以上であると外観不良の発生率を２％以下と小さくすることができる。（外壁部の高さ−内壁部の高さ）が２ｍｍを超えても、それ以上の改善が見られなかった。容器の製造コスト等を考慮すると、（外壁部の高さ−内壁部の高さ）は０．２〜２ｍｍが好ましい。

以上のように、実施例のインダクタンス素子は磁気特性の低下を防ぐと共に、量産性の改善および製造コストの低減を図ることができる。配線基板への実装性も良好であることから、スイッチング電源等の電子機器の製造性も高めることができる。

本発明のインダクタンス素子は蓋部を用いる必要がないので、製造コストの低減や量産性の向上を図ることができる。さらに、接着剤部による固定の際に磁気特性を低下させることがないため、優れた磁気特性を有するインダクタンス素子を提供することができる。このようなインダクタンス素子はスイッチング電源等のノイズ抑制素子（可飽和インダクタ）として好適に用いられる。

Claims (12)

1. 筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に同心的に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた中空部とを有する有底型容器と、
   磁性薄帯の巻回体または積層体を備え、前記有底型容器の前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間に収納されたドーナツ型磁心と、
   前記有底型容器内に収納された前記ドーナツ型磁心の中空部内に位置するように、前記有底型容器の前記中空部内に挿通された導電性リード部と、
   前記有底型容器の前記開放部を覆うように設けられ、前記ドーナツ型磁心、前記有底型容器および前記導電性リード部を一体的に固定する接着剤部とを具備し、
   前記接着剤部は、前記ドーナツ型磁心と前記有底型容器との隙間、および前記有底型容器と前記導電性リード部との隙間に、前記有底型容器の前記開放部側から前記ドーナツ型磁心の厚さに対して平均で５％以上５０％以下の範囲で入り込んでいることを特徴とするインダクタンス素子。
2. 請求項１記載のインダクタンス素子において、
   前記接着剤部は前記ドーナツ型磁心の断面積の５％以上３０％以下の範囲まで浸透していることを特徴とするインダクタンス素子。
3. 請求項１または請求項２記載のインダクタンス素子において、
   接着剤部はアクリル変成シリコーン樹脂系接着剤の固化体からなることを特徴とするインダクタンス素子。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のインダクタンス素子において、
   前記導電性リード部は基板に実装することが可能なように折り曲げられた形状を有し、かつ前記接着剤部は前記基板と反対側に位置するように配置されることを特徴とするインダクタンス素子。
5. 請求項４記載のインダクタンス素子において、
   前記導電性リード部は前記ドーナツ型磁心と前記基板との間に対応する位置に設けられたキンク部を有し、前記有底型容器の内径に対する前記キンク部の幅が１．１以上３以下の範囲であることを特徴とするインダクタンス素子。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のインダクタンス素子において、
   複数個の前記ドーナツ型磁心を具備することを特徴とするインダクタンス素子。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載のインダクタンス素子において、
   前記磁性薄帯はアモルファス磁性合金薄帯を備えることを特徴とするインダクタンス素子。
8. 磁性薄帯の巻回体または積層体を備えるドーナツ型磁心を用意する工程と、
   筒状外壁部と、前記筒状外壁部の内側に同心的に配置された筒状内壁部と、前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間を塞ぐように、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の一端に設けられた底部と、前記筒状外壁部および前記筒状内壁部の他端に設けられた開放部と、前記筒状内壁部の内側に設けられた中空部とを有する有底型容器を用意する工程と、
   前記ドーナツ型磁心を、前記有底型容器の前記筒状外壁部と前記筒状内壁部との間に収納する工程と、
   前記有底型容器内に収納された前記ドーナツ型磁心の中空部内に位置するように、前記有底型容器の前記中空部内に折り曲げ加工を施した導電性リード部を挿入する工程と、
   前記ドーナツ型磁心が収納され、かつ前記導電性リード部が挿入された前記有底型容器の前記開放部に接着剤を塗布する工程と、
   前記接着剤を乾燥させて固化することにより、前記ドーナツ型磁心、前記有底型容器および前記導電性リード部を一体的に固定する接着剤部を形成する工程とを具備し、
   前記接着剤部を、前記ドーナツ型磁心と前記有底型容器との隙間、および前記有底型容器と前記導電性リード部との隙間に、前記ドーナツ型磁心の厚さに対して平均で５％以上５０％以下の範囲で入り込ませることを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
9. 請求項８記載のインダクタンス素子の製造方法において、
   前記接着剤を９０℃以上１５０℃以下の温度下で乾燥させることを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
10. 請求項８または請求項９記載のインダクタンス素子の製造方法において、
    前記導電性リード部にキンク部を形成する工程を具備することを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
11. 請求項８ないし請求項１０のいずれか１項記載のインダクタンス素子の製造方法において、
    前記導電性リード部の先端を固定した状態で、前記有底型容器の前記開放部に前記接着剤を塗布することを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
12. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のインダクタンス素子をノイズ抑制素子として具備することを特徴とするスイッチング電源。

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